Лабораторная работа № 2

Изучение молекулярно-массового распределения полистирола методом фракционирования. Оценка полидисперсности в образцах полистирола

Цель работы: ознакомиться с методами фракционирования полимеров: дробного осаждения и дробного растворения, научиться рассчитывать усредненные молекулярные массы полимеров и производить их сравнение, научиться строить кривые молекулярно-массового распределения.

Оборудование и приборы: прибор для фракционирования, вискозиметр Уббелоде, ультратермостат жидкостной, секундомер, термометр от 0 до 50°С, с ценой деления 0,1°С, бюретка на 50 мл, коническая колба емк. 1000 мл, цилиндр емк. 500 мл, фильтр Шотта № 3, стаканы емк. 300 мл, бюксы емк. 50 мл, водоструйный насос.

Материалы и реактивы: полистирол порошок, толуол, метиловый спирт.

Предварительная подготовка

1. Изучить методы фракционирования полимеров по соответствующей литературе.

2. Ознакомиться с применяемым оборудованием и приборами.

Порядок проведения работы

1. Ознакомиться с инструкцией по охране труда и технике безопасности при работе с ультратермостатом и вискозиметром Уббелоде.

2. Собрать прибор для фракционирования дробным осаждением (рис. 1).

3. Приготовить растворы фракций полимера методом дробного растворения (осаждения).

4. Определить время истечения через капилляр вискозиметра чистого растворителя и растворов полимера

5. Рассчитать молекулярные массы фракций и заполнить таблицу результатов.

6. Рассчитать среднечисловую и среднемассовую молекулярную массу образцов полимера, определить полидисперсность и характер ММР.

7. Построить интегральную кривую ММР.

8. Построить дифференциальную кривую ММР.

Методические указания

Рис. 1. Прибор для фракционирования дробным осаждением: 1 – термостатирующая рубашка; 2, 7 – трубки; 3 – термометр; 4 – трубка со шлифом для мешалки; 5 – воронка; 6 – мешалка; 8 – кран.

Методические указания

Прибор для фракционирования дробным осаждением представляет собой трехгорлую колбу емкостью 0,5 л с термостатирующей рубашкой 1. Сосуд снабжен термометром 3, механической мешалкой 6, воронкой 5 и краном 8 для отделения фракций. С помощью двух трехходовых кранов термостатирующую рубашку можно поочередно подключить к двум водяным термостатам с внешней циркуляцией, что позволяет менять температуру раствора в сосуде.

Фракционирование методом дробного осаждения

В коническую колбу емкостью 1000 мл помещают 5 г тонко измельченного полистирола и приливают 500 мл толуола. После полного растворения полимера раствор фильтруют через стеклянную вату для удаления твердых частиц, наливают в прибор для фракционирования и термостатируют при 20±0,1°С при перемешивании. К раствору при перемешивании из бюретки через воронку 5 добавляют по каплям метиловый спирт до появления устойчивой мути. Не прекращая перемешивания, раствор нагревают до исчезновения мути и затем медленно охлаждают до 5 °С. Выключают мешалку и дают выделившемуся полимеру осесть. После полного расслоения фаз гелеобразную фазу сливают через кран 8 в приемник.

Выделенный гель растворяют в небольшом количестве толуола и при перемешивании выливают в десятикратный избыток метилового спирта. Осадок промывают несколько раз метиловым спиртом, отделяют декантацией, профильтровывают через стеклянный фильтр № 3, промывают еще несколько раз метиловым спиртом. Осадок с фильтра помещают во взвешенный бюкс. Остатки полимера на фильтре растворяют в нескольких каплях толуола и раствор присоединяют к осадку в бюксе. Бюкс помещают в вакуум-эксикатор и сушат до постоянной массы при 60 °С и давлении 133, 322 Па (1 мм рт. ст.).

Раствор полимера в приборе при перемешивании доводят до 20°С, добавляют метиловый спирт по каплям до появления мути и продолжают дальнейшее фракционирование. Метиловый спирт ядовит и легко воспламеняется. Работу следует проводить в вытяжном шкафу в отсутствие огня! После выделения 10 фракций раствор становится очень разбавленным, что осложняет дальнейшее осаждение фракций полимера. Для концентрирования раствора часть растворителя испаряют в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, до получения примерно 1%-ного раствора и продолжают фракционирование. Последнюю фракцию выделяют путем полного испарения растворителя.

Первые 3-5 фракций подвергают повторному фракционированию описанным выше методом для разделения их еще на 3-5 фракций.

Всего выделяют 15-20 фракций. Полученные результаты вносят в табл. 1.

Таблица 1

№ фракции	Масса фракций, г (pi)	Массовая доля фракций, ωi	Интегральная массовая доля фракций,	[η]i	Mx

Массовую долю фракций находят по отношению массы каждой фракции к суммарной массе всех фракций:

Для каждой фракции вычисляют массовую долю фракции и определяют молекулярную массу вискозиметрическим методом (см. Лабораторная работа № 1).

Для проверки правильности проведенного фракционирования вычисляют величину

Сумма произведений для всех фракций должна быть равна нефракционированного полимера. По разности между величиной вычисленной по уравнению, и значением , найденным опытным путем, определяют потерю фракций полимера. Если вычисленное значение больше опытного, то потери определяются низкомолекулярными фракциями. Если вычисленное значение меньше опытного, то потери относят к высокомолекулярным фракциям.